考虑实测支承动刚度的航空发动机整机振动建模及验证

【类型】学位论文

【作者】赵文涛 

【关键词】 航空发动机 整机振动 动刚度 临界转速 有限元分析

【摘要】作为现代军用飞机和民用飞机的核心动力装置，航空燃气涡轮发动机性能的优越是决定飞机可靠性、运行成本、性能的关键因素。为了达到超音速飞机的要求，在发动机研制阶段着重突出了高增压比、高推重比、高涡轮前温度等技术要求，这也使得发动机在运转的过程中出现了诸多振动、强度、疲劳等等故障。过大的振动，可能造成转子与静子在小间隙处（如密封、叶尖）的碰摩，轴承载荷过大，驾驶员及乘客的不适，飞机仪表板上指针晃动，甚至会危及飞行安全导致灾难性的事故。由于现代科技的发展以及人们对于航空发动机高推重比、高转速的追求，大多数航空发动机的工作转速比较高，机匣壳体变薄，机匣和转子之间的耦合振动增强，形成了比较复杂的转子-机匣耦合系统，所以有必要从整机模型来研究航空发动机的振动问题。整机有限元模型不仅能体现转子动刚度的特点，还考虑到了机匣的局部振动和转子与静子耦合的影响,真实地体现了转子系统的动力特性。由于航空发动机结构比较复杂，考虑机匣的建模不仅比较困难，而且计算的速度很慢，鉴于此，本文基于航空发动机转子试验器进行了试验，并用之来代替机匣有限元模型，进行了整机振动分析： （1）采用4种测试方案，在机匣支承处进行了支承动刚度测试试验，最终得到了前后支承垂向、横向的动刚度。 （2）利用三维绘图软件Pro/E对机匣进行实体建模，并在有限元分析软件ANSYS中使用Solid185 单元对其进行网格划分，按照实际安装条件施加约束，得到机匣有限元模型，对其进行刚度计算，并将计算结果与试验结果进行了对比。 （3）采用锤击法使用两种支承方案对转子系统进行单部件模态分析，采用锤击法、正弦扫描法进行了整机模态分析，并对不同的试验方法得到的结果进行了对比。在 ANSYS 中对转子系统进行了模态分析，并与试验模态结果进行了对比，并在此基础上进行模型修正。 （4）建立转子-支承静刚度、转子-支承动刚度、转子-机匣整机有限元模型，进行临界转速分析，并对三种整机模型得到的临界转速结果进行对比，结果表明考虑动刚度的转子-动刚度整机模型不仅计算结果准确，而且计算速度较快。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】南京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】陈果

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